Batteri – vad det är, hur det fungerar och typer

Upptäck hur batterier omvandlar kemisk till elektrisk energi, skillnader mellan engångs- och uppladdningsbara batterier samt vanliga typer och användningsområden.

Ett batteri omvandlar kemisk energi till elektrisk energi genom en kemisk reaktion. Kemikalierna förvaras vanligtvis inuti batteriet. Det används i en krets för att driva andra komponenter. Ett batteri producerar likströmselektricitet (elektricitet som flyter i en riktning och inte växlar fram och tillbaka).

Det är billigare och effektivare att använda el från ett uttag i en byggnad, men ett batteri kan tillhandahålla el i områden där det inte finns någon eldistribution. Det är också användbart för saker som rör sig, t.ex. elbilar och mobiltelefoner. Batterier används även i nödbelysning, medicinsk utrustning, bärbara verktyg, klockor och som energilager för sol- och vindkraft.

Batterierna kan vara primära eller sekundära. Det primära batteriet slängs när det inte längre kan ge elektricitet. Det sekundära batteriet kan laddas och återanvändas. Valet mellan primärt och sekundärt batteri beror på användning, kostnad och miljöhänsyn.

Hur ett batteri fungerar

Ett batteri består i grunden av två elektroder (en anode och en katod) och ett elektrolyt. När batteriet används sker en redoxreaktion där kemiska ämnen avger och tar upp elektroner. Elektronerna rör sig genom den yttre kretsen från anoden till katoden och skapar därmed elektrisk ström, medan joner rör sig genom elektrolyten inuti batteriet för att balansera laddningen.

Spänningen ett enskilt cellbatteri ger bestäms av de kemiska ämnenas egenskaper. Flera celler kan kopplas i serie för att höja spänningen eller i parallell för att öka kapaciteten.

Vanliga typer av batterier

• Primära batterier: Engångsbatterier som alkaline (AA, AAA), zink-kol och vissa litiumknappceller (t.ex. CR2032). De är prisvärda och har hög självurladdning i vissa varianter.
• Sekundära batterier (uppladdningsbara): Exempel är bly-syra (fordon), NiCd, NiMH och litiumjon (Li-ion). Dessa kan laddas om många gånger och används där lång livslängd och hög energitäthet krävs.
• Specialbatterier: Knappceller för klockor och medicinskt bruk, batteripaket för elfordon (består ofta av många litiumjonceller), samt batterier för energilagring i elnätet.

Prestanda och viktiga begrepp

• Kapacitet anges ofta i mAh (millampere-timmar) eller Wh (wattimmar) och beskriver hur mycket energi batteriet kan lagra.
• Nominal spänning är den ungefärliga spänning en cell levererar (t.ex. 1,5 V för alkaliska, 3,6–3,7 V för många litiumjonceller).
• Intern resistans påverkar hur mycket spänningen sjunker vid hög belastning och påverkar värmeutveckling och effektivitet.
• Självurladdning är den grad batteriet förlorar laddning när det inte används. Olika kemier har olika självurladdningsnivåer.
• Livslängd i cykler för uppladdningsbara batterier anges i antal fulla laddnings-/urladdningscykler innan kapaciteten minskar avsevärt.
• Laddnings- och urladdningshastighet (C-rate) beskriver hur snabbt ett batteri kan laddas eller leverera energi utan att skadas.

Säkerhet, underhåll och miljö

Batterier kan utgöra brand- och miljörisker om de hanteras felaktigt. Följande rekommendationer minskar riskerna:

• Aldrig kortsluta batteripolerna – det kan ge kraftig värme och brand.
• Använd alltid avsett laddningsutrustning och följ tillverkarens instruktioner för laddning.
• Lagra batterier svalt och torrt; höga temperaturer minskar livslängden och ökar risk för skada.
• Återvinn uppladdningsbara batterier och knappceller. Många innehåller tungmetaller och andra ämnen som är skadliga för miljön.
• Vid skadade eller svällande litiumbatterier, hantera dem med försiktighet och lämna till återvinningsstation – utslitna eller trasiga batterier ska inte slängas i hushållssoporna.

Praktiska tips

• Förvaring: Förvara uppladdningsbara batterier delvis laddade (runt 40–60 %) om de inte ska användas under lång tid.
• Laddning: Undvik djup urladdning av många batterityper – det kan förkorta livslängden. Använd smarta laddare för litiumjonbatterier.
• Byte: Byt ut gamla batterier i viktiga apparater (t.ex. rökdetektorer) i tid för att alltid ha reservkraft.
• Identifiering: Vanliga format är AA, AAA, C, D, 9V, knapcell (CR2032) och cylindriska celler som 18650; välj rätt storlek och kemityp för din apparat.

Batteritekniken utvecklas snabbt, särskilt inom litiumbaserade celler och energilagring för elfordon och elnät. Framtida förbättringar rör högre energitäthet, kortare laddningstider, bättre säkerhet och mer hållbara material.

Kemin i ett batteri

Ett batteri kan bestå av en eller flera celler. Varje cell har en anod, en katod och en elektrolyt. Elektrolyten är det viktigaste materialet i batteriet. Den är ofta en typ av syra och kan vara farlig att röra vid. Anoden reagerar med elektrolyten för att producera elektroner (detta är den negativa eller -änden). Katoden reagerar med elektrolyten och tar emot elektroner (detta är den positiva eller + sidan). En elektrisk ström uppstår när en tråd förbinder anoden med katoden och elektronerna rör sig från den ena änden till den andra. (Men ett batteri kan skadas av bara en tråd som förbinder de två ändarna, så det behövs också en belastning mellan de två ändarna. Lasten är något som bromsar upp elektronerna, och gör vanligtvis något användbart, som en glödlampa i en ficklampa eller elektroniken i en miniräknare).

Elektrolyten kan vara flytande eller fast. Ett batteri kallas våtcellsbatteri eller torrcellsbatteri, beroende på vilken typ av elektrolyt det är.

De kemiska reaktioner som sker i ett batteri är exoterma reaktioner. Denna typ av reaktion ger upphov till värme. Om du till exempel låter din bärbara dator vara påslagen under en längre tid och sedan rör vid batteriet blir det varmt eller hett.

Ett uppladdningsbart batteri laddas genom att vända den kemiska reaktionen som sker i batteriet. Men ett uppladdningsbart batteri kan bara laddas ett visst antal gånger (laddningstid). Inte ens inbyggda batterier kan laddas för alltid. Dessutom minskar batteriets förmåga att hålla en laddning en aning varje gång det laddas. Icke-uppladdningsbara batterier bör inte laddas eftersom olika skadliga ämnen kan läcka ut, t.ex. kaliumhydroxid.

Cellerna kan kopplas samman för att skapa ett större batteri. Att koppla ihop plusdelen av en cell med minusdelen av nästa cell kallas att koppla dem i serie. Spänningen för varje batteri adderas. Två sexvoltsbatterier som kopplas i serie ger 12 volt.

Att koppla ihop plus från en cell med plus från den andra och minus från minus till minus kallas för att koppla dem parallellt. Spänningen förblir densamma, men strömmen läggs ihop. Spänningen är det tryck som pressar elektronerna genom ledningarna, den mäts i volt. Strömmen är hur många elektroner som kan gå samtidigt, den mäts i ampere. Kombinationen av ström och spänning är batteriets effekt (watt = volt x ampere).

Batterier kopplade parallellt - visas i en schematisk bild och en ritning.

Typer av batterier

• Torra celler, celler som inte innehåller någon vätska (eller innehåller en immobiliserad vätska, t.ex. en pasta eller gel) som elektrolyt.
• Primärcell, celler som inte kan laddas på nytt
• Alkalibatteri, "alkaliskt", inte uppladdningsbart
• Kvicksilverbatteri, inte uppladdningsbart
• Leclanche-batteri, "super heavy duty", inte uppladdningsbart
• Litiumbatteri, inte uppladdningsbart, "myntcell".
• Silveroxidbatteri, inte uppladdningsbart, klockbatteri
• Voltaic pile, Allesandro Voltas första batteri
• Sekundärcell, celler som kan laddas på nytt
• Förseglat blybatteri
• Litiumjonbatteri, uppladdningsbart, används i mobiltelefoner och bärbara datorer.
• Nickelkadmiumbatteri, "NiCd", uppladdningsbart
• Nickelmetallhydridbatteri, "NiMH", uppladdningsbart
• Nickel-zink-batteri

• Våta celler, celler som innehåller vätska som elektrolyt.
• Blybatteri, uppladdningsbart, bilbatteri
• Nickel-järn-batteri, uppladdningsbart, Edison-batteri
• Bränslecell, laddas genom att tillsätta bränsle

Ovanifrån av bilbatteri

Frågor och svar

F: Vad är ett batteri?

F: Hur producerar ett batteri elektricitet?

F: Var förvaras kemikalierna i ett batteri?

F: Vad är skillnaden mellan ett primärt och ett sekundärt batteri?

F: Varför är batterier användbara?

F: Är det billigare och effektivare att använda el från ett uttag i en byggnad än att använda ett batteri?

F: Vilken typ av elektricitet producerar ett batteri?

Sök med bokstav